книги / Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых объектов в условиях севера
..pdf13;Методы температурной стабилизации грунтов оснований зданий |
- 2 7 1 - |
д сооружении_______________________________________________ |
ВОПРОСЫ
1.Какие методы стабилизации мерзлого состояния грунта вы знаете?
2.Как производится охлаждение грунта с поверхности?
3.Какие существуют схемы искусственного охлаждения и замораживания грунтов?
4.Что такое проветриваемое подполье и по какому прин ципу оно работает?
5.Какие горизонтальные и вертикальные системы стабили зации мерзлого состояния грунтов вам известны?
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -272- объектов в условиях Севера
РАСЧЕТЫ ОСНОВАНИЙ И ФУН ДАМЕНТОВ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
14.1. Общие положения
Основания и фундаменты на мерзлых грунтах рассчитыва ются по двум группам предельных состояний: первая - по не сущей способности, вторая - по деформациям (осадкам, кренам и т.д.), затрудняющим нормальную эксплуатацию конструкций сооружения или снижающим их долговечность, а элементы же лезобетонных конструкций - и по трещиносгойкости.
При расчете по предельным состояниям несущую способ ность основания и его ожидаемые деформации следует устанав ливать с учетом температурного режима грунтов основания, а при принципе 1 - также с учетом продолжительности действия нагрузок и реологических свойств грунтов.
При проектировании оснований и фундаментов сооруже ний, возводимых на вечномерзлых грунтах, следует выполнять теплотехнические расчеты основания и расчеты основания и фундаментов на силовые воздействия. В расчетах основания и фундаментов надлежит использовать принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве основания, тепловое и меха ническое взаимодействие сооружения и основания.
Расчет основания следует производить при использовании вечномерзлых грунтов по принципу 1: по несущей способности - для твердомерзлых грунтов; по несущей способности и де формациям - для пластично-мерзлых и сильнольдистых грун тов, а также подземных льдов.
При использовании вечномерзлых грунтов по принципу II
14. Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям |
-273- |
расчет оснований следует производить: по несущей способности - в случаях предусмотренных СНиП 2.02.01-83; по деформаци ям - во всех случаях. При этом для оснований, оттаивающих в процессе эксплуатации сооружения, расчет по деформациям следует производить из условия совместной работы основания и сооружения (фундаментов).
Расчет оснований по деформациям следует производить на основе сочетаний нагрузок и воздействий; расчет по несущей способности - на основные и особые сочетания нагрузок и воз действий.
14.2. Определение глубины заложения фундаментов при строительстве по принципу I
Глубина заложения фундамента назначается с учетом тре бований [52] и принятого принципа использования вечномерз лых грунтов. При возведении зданий с сохранением вечномерз лого состояния грунтов (принцип I) минимальная глубина зало
жения фундаментов c/mjn назначается с учетом расчетной глу
бины сезонного оттаивания грунтов d lh. Фундаменты всех ти
пов, кроме свайных, заглубляются в вечномерзлый грунт не ме нее чем на 1 м, сваи - не менее чем на 2 м.
Для зданий с холодным подпольем расчетную глубину се зонного оттаивания грунтов допускается определять путем вве дения коэффициента поправки к.нормативной глубине сезонно
го оттаивания d th п по формуле:
d,h = |
(14.1) |
где d (hn нормативная глубина сезонного оттаивания
грунта; k'h - коэффициент теплового влияния сооружения при
нимаемый по табл. 14.1.
Т а б л и ц а 14,1
Сооружения |
к |
|
Здания и сооружения с холодным подпольем:
у наружных стен с отмостками, имеющими 1,2 асфальтовые и тому подобные покрытия
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых “2 7 4 - объектов в условиях Севера
Нормативная глубина сезонного оттаивания грунта опреде ляется по данным натурных наблюдений или специальным теп лотехническим расчетом по формуле:
_ |
Tbf)tAjc >( Q \ 2 |
Q , |
(И.2) |
|
4 м = |
Ч\ |
) |
||
|
2 ^ , |
|
||
где |
|
|
|
|
Q = |
^ ](Г 0 |
Т у ) к1л^jT ^C ^tlhc; |
(14.3) |
|
<?,=£,+ - f - 0 , 1 |
Г с Д г ^ - г ^ - с Д г . - т у ) ] ; |
(14.4) |
||
h |
) |
|
|
|
Tbf - температура начала замерзания трунта, определяемая
по приложению 1 [47];
Tth c - расчетная температура поверзности грунта в летний
период, определяемая по формуле |
|
^ = 1 547;м + 2 ,4 0С ; |
(14.5) |
где Tth m - средняя по многолетним данным температура воздуха за период положительных температур;
J4. Расчета оснований и фундаментов по предельным состояниям |
-2 7 5 - |
|
|
<», = и * 4 , + 0 ,Ц |
(14.6) |
где tthjm |
продолжительность периода |
положительных |
температур; |
|
|
tx- время, принимаемое равным 1,3 *107С (3600 ч );
t2 - время, принимаемое равным 2,7 • 107 С (7500 ч );
TQ- расчетная среднегодовая температура вечномерзлого
грунта;
АЛи Яу - теплопроводность соответственно талого и
мерзлого грунта, Вт/(м -° С );
Cthи Су - объемная теплоемкость соответственно талого и
мерзлого грунта, Дж/(м3 *° С );
к т - коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов
равным 1,0, а для пылевато-глинистых - по табл.2 приложения ЗГ47];
L v - теплота таяния грунта, Дж/м3 (ккал/м3), определяемая
по обязательному приложению 1[47] при температуре грунта
равной 0,57’:
Кроме теплофизических условий при назначении глубины заложения фундаментов следует иметь данные о конструктив ных особенностях возводимых сооружений (их подземной час ти) и наличии подземных инженерных сетей.
14.3. Расчет температурного режима вентилируемого подполья
Наиболее распространенным способом регулирования теп лового влияния зданий на температурный режим грунтовых ос нований является устройство вентилируемых подполий. Венти-
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых “2 7 6 “ объектов в условиях Севера
лируемые подполья могут быть открытыми, когда в течении всего года они имеют сообщение с наружной средой. Недостат ком этого метода является то, что в зимний период они заносят ся снегом, а летом в них непрерывно поступает теплый воздух* растепляющий основание.
Более эффективны подполья с регулируемым проветрива нием, средством вентиляции для которых служат отверстия (продухи), которые устраиваются в цоколе здания. В зимнее время, как правило, продухи открыты, что способствует поступ лению холодного воздуха к поверхности грунта и промерзанию основания. В летний период продухи закрываются. Продухи располагаются на 0,25 м выше поверхности грунта во избежание их снегозаносов. Форма продухов кваратная или прямоугольная с размером сторон 0,2-0,5 м. Минимальная высота подполий ко леблется от 0,5-1,2 м.
Иногда роль вентилируемого подполья выполняют неотап ливаемые первые этажи.
В соответствии со СНиП 2.02.08-88 (приложение 4), темпе ратурный режим вентилируемого подполья характеризуется
среднегодовой температурой воздуха в подполье Тса , устанав
ливаемой расчетом в зависимости от предусмотренного проек том значения среднегодовой температуры вечномерзлого грунта
на его верхней поверхности TQ , теплового режима сооружения
и режима вентилирования подполья.
Среднегодовая температура воздуха в вентилируемом под полье Т , °С, обеспечивающая предусмотренную в проекте
среднегодовую температуру вечномерзлого грунта на его верх
ней поверхности TQ , вычисляется по формуле
г м = * д . |
(м .8) |
где к 0 - коэффициент, принимаемый по табл. 14.2 в зависи |
|
мости от значений */> И |
tj- n - продолжительность |
периода с отрицательной среднесуточной температурой воздуха,
сут, принимаема по СНиП 2.01.01-82; Ау- и Я/А - теплопровод
ность соответственно мерзлого и талого грунта.
р[4;Расчеты оснований и фундаментов по предельным состояниям * i~
Т а б л и ц а 14.2
Значения коэффициента к 0
*Лп>сУт
|
200 |
225 |
250 |
275 |
300 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,1 |
0,87 |
0,96 |
0,98 |
0,99 |
1,0 |
1,2 |
0,78 |
0,93 |
0,97 |
0,99 |
1,0 |
1,3 |
0,72 |
0,90 |
0,96 |
0,99 |
1,0 |
Среднегодовая температура вечномерзлого грунта на его |
|||||
верхней поверхности |
, °С, определяется расчетом по условию |
||||
обеспечения требуемых значений расчетной температуры грун тов в основании сооружения с учетом мерзлотно - грунтовых и климатических условий участка строительства. Допускается
принимать значение TQ п о табл. 14.3 в зависимости от средне
годовой температуры грунта Т0, ширины сооружения В и глу
бины заложения фундаментов z с учетом температуры начала
замерзания грунта Tbj-.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 14.3 |
|
|
|
|
Значения температур Т^ —Т у |
|
|||
Значения |
Ширина |
Значения TQ — |
|
С, для фундаментов |
|||
V — |
Т |
сооруже- |
|
|
свайных при глубине |
||
ния В , |
столбчатых при глубине |
||||||
l 0 |
1b f» |
заложения Z , м |
|
заложения Z , м |
|||
°с |
|
м |
1 |
4 3 |
5 |
7 |
10 |
^ ,5 |
|
12 |
-10 |
-3,5 |
-5 |
-3 |
-2,5 |
|
|
24 |
-8 |
-2,5 |
-3,5 |
-2,5 |
-2 |
1-1 |
|
12 |
-10 |
-3 |
-4 |
-2,5 |
-1,5 |
|
|
24 |
-8 |
-2,5 |
-3,5 |
-2 |
-1,5 |
т . |
|
12 |
-9 |
-2 |
-3 |
-1,5 |
-1 |
|
|
24 |
-7 |
-2 |
-3 |
-2 |
-1 |
¥ |
|
12 |
-6,5 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
|
|
24 |
-6 |
-1 |
-2 |
-1 |
-1 |
-8 |
|
12 |
-3 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
|
|
24 |
-4 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
Примечания. 1. Глубина заложения фундаментов Z от-
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых -2 7 о- объектов вусловиях Севера
считывается от уровня верхней поверхности вечномерзлого грунта.
2. При среднегодовой температуре наружного воздуха Тм
выше табличных значений !Г0' расчетах следует принимать
Т ' = Т лО лош•
Установленная расчетом среднегодовая температура возду ха в подполье Тса при естественном вентилировании подполья за счет ветрового напора обеспечивается подбором модуля его вентилирования М , определяемого соотношением
М = — , |
( |
А
где Ау - для подполий с продухами - общая площадь про
духов; для открытых подполий - площадь, равная произведению периметра здания на расстояние от поверхности грунта или от мостки до низа ростверка свайного фундамента или фундамент ных балок, м2; Аь - площадь здания в плане по наружному кон туру, м3.
Примечание: При отношении высоты подполья hc к шири
не здания В менее 0,02 следует применять вентиляцию с меха ническим побуждением.
Модуль вентилирования М , необходимый для обеспече ния расчетной температуры воздуха в подполье Т при его естественном вентилировании, вычисляется по формуле:
in cta \ с,а out / Л Ъ L |
• |
М - к „ олщсж(ты-тш) г |
где к с - коэффициент принимаемый в зависимости от рас стояния между зданиями а и их высоты h равным:
1,0при a > 5 h ;
1,2 при a — Ah ;
ЩРасчеш основании и фундаментов по предельным состояниям |
- 2 7 9 - |
1,5 при a < 3 h ;
Тт - расчетная температура воздуха в помещении, °С;
Т0Ш- среднегодовая температура наружного воздуха, °С;
R0 - сопротивление теплопередаче перекрытия над под
польем, м2°С/Вт, (м2-ч*°С/ккал);
Cv - объемная теплоемкость воздуха, принимаемая равной
1300 Дж/(м3-°С) [0,31 ккал (м3оС)];
к а - обобщенный аэродинамический коэффициент, учиты вающий давление ветра и гидравлические сопротивления, при
нимаемый равным: для сооружений прямоугольной формы - к а
= 0,37; П - образной формы - |
к а =0,3; Т - образной формы - |
кд=0,33 и L - образной формы |
- к а =0,29; |
Va - среднегодовая скорость ветра, м/с, (м/ч);
X - безразмерный параметр; для открытых подполий при нимается равным 0; для подполий с продухами определяется по формуле
(14.11)
где A z - площадь цоколя для подполий с продухами, м2;
Rz- сопротивление теплопередаче цоколя, м2‘°С/Вт, (м2-ч-°С/кал);
параметр, учитывающий влияние расположенных в подполье коммуникаций на его тепловой режим, °С, определяе мый по формуле
(14.12)
здесь п - число трубопроводов;
lp j - длина J -го трубопровода, м;
Механика мерзлых грунтов и принципы строительства нефтегазовых - 2 8 0 - объектов в условиях Севера
Т j - температура теплоносителя в j -ом трубопроводе,
°С;
tp j - время работы j -го трубопровода в течение года, сут;
t - продолжительность года равная 365 сут;
R p j - сопротивление теплопередаче теплоизоляции j -го
трубопровода, м-°С/Вт, (м-ч-°С/кал);
Xj - коэффициент потери напора на отдельных участках
подполья, принимаемый потабл.14.4
|
Т а б л и ц а 14.4 |
Коэффициент Xi |
|
Участок подполья |
X i |
|
|
Вход с сужением потока |
0,50 |
Жалюзийная решетка |
2,00 |
Поворот потока на 90° |
1,32 |
Вход с расширением потока |
0,64 |
Пример 1
Рассчитать температурный режим проветриваемого подполья здания бассейна в г. Анадырь Чукотского АО
Исходные данные: Размеры здания:
- длина здания = 33м;
-ширина здания Взд- 30;
-высота подполья hnodn = 1,8м;
- высота здания |
= 26м. |
Средняя температура воздуха в период вентилирования Тв=-26°С;
Грунты основания суглинки
Ть/~ -0,6°С - TeMnqpaTypa начала замерзания грунта,
Г0' = -1,3°С + (-0,6°С) = -1,9°С; TQ - Tbf ,°С = -1,3°С -
по табл. 13.4, Тс,а= 0,98 * (-1,9°С) = -1,86°С.
В данном случае а <,3h;